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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 한철희
- 발행연도
- 2023
- 저작권
- 한국교통대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수2
이 논문의 연구 히스토리 (5)
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이착륙하는 항공기에서 발생한 후류는 대기 중에 오랜 기간 머무르며 주변 유동에 강한 영향을 미친다. 특히 서로 근접한 항공기들 중에서 후행항공기는 선행항공기에서 발생한 후류의 영향으로 비행 안정성에 큰 위협을 받게 된다. 따라서, 공항에서는 항공기 사이의 최소 분리 간격을 두어 후행 항공기가 선행 항공기의 후류 영향을 피하도록 관제하고 있다. 현재 운용중인 최소 분리 간격 기준은 과도하게 안전 위주로 만들어져 공항의 수용량을 제한시키고, 경제성을 훼손시킬 수 있다. 따라서 본 연구에서는 최소 간격 분리 규정을 개정하는데 필요한 항공기 후류 거동을 파악할 수 있는 전산해석기법 개발 및 적용을 연구했다.
본 연구에서는 B747과 L1011를 대상으로 항공기에서 발생하는 후류 거동을 예측하기 위해 새로운 지면 경계 조건과 이미지 기법이 적용된 개선된 푸리에-스펙트럴법을 개발하였다. 또한 항공기 날개의 순환강도 분포를 기반으로 초기 와 시스템을 모델링하였다. 검증된 수치해석기법을 사용하여 상용 항공기가 이착륙하기 위해 접근하는 과정에서 발생하는 와 거동 분석을 위해 항공기의 플랩 작동 유무 및 항공기 고도변화에 따른 와 거동을 분석하였다.
플랩을 사용하지 않은 항공기에서는 엇회전 와쌍이 발생하였다. 서로에게 수직 아래 방향 유도속도가 작용하여 각 와들은 일정한 수평 간격을 유지하며 하강하였다. 플랩을 사용한 항공기에서는 강도와 반경이 다른 다수의 와가 발생하였으며, 와 병합 및 회전 등을 포함한 와들 사이의 상호작용으로 복잡한 와 거동이 발생하였다.
와 병합은 와 반경과 와들 사이 간격의 비(a/d)가 임계값 이상일 때 발생하기 시작했다. 와 병합 중에는 상대적으로 강도가 큰 와가 약한 강도를 가지는 와를 흡수하며 단일 와로 발달하였다. 와들의 강도 차이가 클수록 와쌍의 회전 중심점은 강도가 큰 와에 근접한 곳에 위치하였다. 상대적으로 강도가 작은 와는 강도가 큰 와의 주변을 큰 회전 반경으로 회전하는 것이 관찰되었다.
이착륙하는 항공기에서 발생한 와는 하강 운동을 하며 지면에 근접한다. 지면에 근접한 와는 지면 부근에서 측류 유동을 형성시키고, 와가 지면과 일정 거리만큼 가까워지면 측류 유동에 의해 얇은 재순환유동층(버블)이 발달하였다. 재순환 유동층이 지면에서 떨어져 나가며 2차와로 발달하였다. 2차와는 항공기에서 발생하여 지면으로 근접하는 1차와의 하강 속도를 감소시켰다. 항공기의 비행 고도가 낮아질수록 2차와가 빠르게 생성되었고 이로 인하여 와들의 거동이 크게 영향받았다.
본 연구는 이착륙하는 상용 항공기의 날개에서 발생하는 후류 거동을 이해하는데 도움이 될 것으로 판단되며, 향후 공항에서 사용되는 항공기 최소 간격 분리 규정 개선에 활용될 수 있을 것으로 기대한다.
본 연구에서는 B747과 L1011를 대상으로 항공기에서 발생하는 후류 거동을 예측하기 위해 새로운 지면 경계 조건과 이미지 기법이 적용된 개선된 푸리에-스펙트럴법을 개발하였다. 또한 항공기 날개의 순환강도 분포를 기반으로 초기 와 시스템을 모델링하였다. 검증된 수치해석기법을 사용하여 상용 항공기가 이착륙하기 위해 접근하는 과정에서 발생하는 와 거동 분석을 위해 항공기의 플랩 작동 유무 및 항공기 고도변화에 따른 와 거동을 분석하였다.
플랩을 사용하지 않은 항공기에서는 엇회전 와쌍이 발생하였다. 서로에게 수직 아래 방향 유도속도가 작용하여 각 와들은 일정한 수평 간격을 유지하며 하강하였다. 플랩을 사용한 항공기에서는 강도와 반경이 다른 다수의 와가 발생하였으며, 와 병합 및 회전 등을 포함한 와들 사이의 상호작용으로 복잡한 와 거동이 발생하였다.
와 병합은 와 반경과 와들 사이 간격의 비(a/d)가 임계값 이상일 때 발생하기 시작했다. 와 병합 중에는 상대적으로 강도가 큰 와가 약한 강도를 가지는 와를 흡수하며 단일 와로 발달하였다. 와들의 강도 차이가 클수록 와쌍의 회전 중심점은 강도가 큰 와에 근접한 곳에 위치하였다. 상대적으로 강도가 작은 와는 강도가 큰 와의 주변을 큰 회전 반경으로 회전하는 것이 관찰되었다.
이착륙하는 항공기에서 발생한 와는 하강 운동을 하며 지면에 근접한다. 지면에 근접한 와는 지면 부근에서 측류 유동을 형성시키고, 와가 지면과 일정 거리만큼 가까워지면 측류 유동에 의해 얇은 재순환유동층(버블)이 발달하였다. 재순환 유동층이 지면에서 떨어져 나가며 2차와로 발달하였다. 2차와는 항공기에서 발생하여 지면으로 근접하는 1차와의 하강 속도를 감소시켰다. 항공기의 비행 고도가 낮아질수록 2차와가 빠르게 생성되었고 이로 인하여 와들의 거동이 크게 영향받았다.
본 연구는 이착륙하는 상용 항공기의 날개에서 발생하는 후류 거동을 이해하는데 도움이 될 것으로 판단되며, 향후 공항에서 사용되는 항공기 최소 간격 분리 규정 개선에 활용될 수 있을 것으로 기대한다.
목차
Ⅰ. 서론 11.1 연구 배경 11.2 연구 동향 3Ⅱ. 수치해석방법 122.1 푸리에-스펙트럴법 122.1.1 지배방정식 132.1.2 공간 차분 142.1.3 시간 차분 162.1.4 초기 조건 182.2 지면 효과 적용 202.2.1 수정된 와도 경계 조건 적용 212.3 항공기 후류 모델링 방법 242.4 B747과 L1011 항공기의 후류 모델링 262.5 해석 기법 검증 292.5.1 타 해석 기법과 비교 302.5.2 실험 결과와 비교 342.6 해석 조건 의존성 검사 43Ⅲ. 항공기 후류 거동 463.1 지면 효과를 받지 않는 항공기의 후류 거동 463.1.1 B747에서 발생한 와들의 거동 463.1.2 L1011에서 발생한 와들의 거동 513.2 지면 효과를 받는 항공기의 후류 거동 553.2.1 B747에서 발생한 와들의 거동 553.2.2 L1011에서 발생한 와들의 거동 64Ⅳ. 결론 69참고문헌 71Abstract 76
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